农村污水PPCPs赋存及处理技术研究进展

胡 鸿,洪永远,殷世忠,张 亚,陈家斌,周雪飞,*

(1.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司,广东广州 510663;2.同济大学环境科学与工程学院,上海 200092)

药品和个人护理品(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)的种类十分丰富,包括用于人类和其他动物健康的治疗药品、用于个人护理的化妆品以及家用的化学品,与人类的生活密切相关,应用十分广泛[1]。我国是世界上主要的PPCPs生产和消费国之一,随着经济的发展以及消费结构的变化,PPCPs的使用量在逐年增大。然而,大约50%的PPCPs在其全生命周期会以各种形式进入到自然水体,目前在地表水以及地下水环境中都有PPCPs的检出[2]。水环境中的PPCPs对于水生动物以及人体存在一定的生殖发育毒性。因此,PPCPs被视为一类新污染物,引起了广泛的关注[3]。

近年来,随着生活水平的改善以及农业技术的升级,农村地区的PPCPs使用量大幅增加。然而相对于城市,农村地区缺乏稳定的监控体系以及成熟处理技术,使得农村水环境中的PPCPs赋存现状存在很大未知并具有潜在的生态健康风险,因此,农村污水PPCPs的研究引起了越来越多的关注[4]。在国外,众多的学者对农村污水PPCPs的赋存情况做了大量的调研。Chen等[4]调研了捷克农村地区污水PPCPs的赋存情况,结果发现污水中咖啡因、布洛芬和扑热息痛的中位质量浓度最高,超过了10 000 ng/L,其次质量浓度较高的为双氯芬酸、阿替洛尔、美托洛尔、呋塞米和氢氯噻嗪,中位质量浓度超过了1 000 ng/L,个人用药在污水PPCPs组成中占据了重要部分。Li等[5]对美国伊利诺伊州农村地区的污水进行了调研,结果发现,咖啡因的质量浓度最高,超过了50 000 ng/L,这可能与美国人对含有咖啡因的咖啡、茶、软饮料及能量饮料的偏好有关。此外,其他浓度较高的PPCPs包括萘普生、布洛芬和三氯生。在印度泰米尔纳德邦,Ravichandran等[6]调查了农村污水中PPCPs的赋存情况,结果发现,不同家庭的消费模式对于PPCPs的浓度变化具有显著影响。

相比于国外,目前我国对于农村污水PPCPs的来源和赋存情况还缺乏系统性的认知。此外,我国农村地区的污水处理基础设施建设仍然不足,建成的处理设施主要以营养元素和致病菌群的去除为主,不能够实现对PPCPs的高效去除。本文对我国农村污水PPCPs的来源和赋存情况进行了分析,并基于文献计量的方法识别出目前用于PPCPs去除的典型技术,探讨其在农村地区的适用性。在此基础上,提出使用微藻作为未来农村PPCPs处理的适用技术。这将为未来农村地区基于污水中PPCPs去除的基础设施改建和新建提供有益的理论指导。

1 我国农村污水中PPCPs来源及赋存分析

1.1 农村污水PPCPs来源

目前,我国农村污水PPCPs的来源主要有居民用药、居民护理用品以及畜牧和水产养殖业。随着医疗保障体系的完善,农村居民的用药量逐年增加。然而,农村居民的医疗条件相对有限,并且对于药物的科学认知也不足,在某些情况下会导致药品的滥用。据报道,大约75%的季节性流感患者会使用抗生素,这一比例超过了很多国家[7]。抗生素的过量使用增加了污水处理设施的负荷,降低了处理效率,从而导致出水的PPCPs浓度大大增加。其次,人体所服用的药物经过代谢后,仍然会有大量的残留,这一比例能够达到50%～90%[8]。这部分高残留药物会随着尿液或粪便进入生活污水。最后,由于过期药品的不恰当处理处置,PPCPs往往可以通过空气、土壤以及雨水等多种介质迁移到污水中,成为污染的重要来源。农村居民在日常的生活中,会不可避免地使用大量的个人护理用品,这些个人护理用品主要包括洗发水、染发剂、口腔护理产品以及洗涤剂等。个人护理用品是灰水中重要的污染组分,灰水占到了家庭废水总量的50%～80%,在混合的污水中,个人护理品所带来的PPCPs是不可忽略的[9]。畜牧和水产养殖是农村地区重要的支柱产业。在养殖过程中,为了促进经济动物的生长以及预防疾病,需要使用抗生素以及杀菌剂等药物。据报道,养殖业使用的抗生素每年达到9.7万t,占到了抗生素总用量的46%[7]。使用过程中逸散的药物会通过养殖场的冲洗而大量进入到污水中,此外,进入经济动物体内的药物同样也会产生代谢残留,并通过粪、尿等排泄物共同构成污水PPCPs污染的重要来源。

1.2 农村污水PPCPs种类与浓度

我国农村地区污水PPCPs的赋存情况与国外相比存在一定差异。表1给出了国内农村地区污水处理设施PPCPs污染水平情况。

表1 国内农村地区污水处理设施PPCPs污染水平

由表1可知,我国农村污水的PPCPs组成中,抗生素种类十分丰富,主要有磺胺类、喹诺酮类、四环素类以及大环内酯类等,这可能与我国部分地区的养殖发展模式有关。部分地区依然保留小规模的散养,存在生活污水与畜禽污水混合的现象。此外,规模化养殖场对PPCPs的处理效率不高,部分污水通过泄漏与生活污水连通从而造成整体抗生素水平的提升。部分类固醇类激素(1,4-雄烯二酮、雄烯二酮、炔诺酮、睾酮和黄酮)在农村污水中被检出,类固醇激素在避孕和疾病治疗方面有着广泛应用,在畜禽养殖中也用于动物的繁殖控制以及促进生长。此外,农村污水PPCPs中也包含多种杀生剂成分(避蚊胺、三氯生、多菌灵和尼泊金甲酯),这些主要与居民在日常生活中使用的杀菌剂、杀虫剂、肥皂、牙膏等日化品相关。与国外农村污水PPCPs形成显著对应的是我国农村污水中咖啡因的含量相对较低,比如滦河流域的农村生活污水的咖啡因质量浓度只有424.5 ng/L[15]。这主要与我国农村居民的消费饮食习惯相关,咖啡以及含有咖啡因的各种饮料在我国农村地区的消费并不旺盛。

农村污水的PPCPs组成与家庭的消费模式具有很强的关联度,并且在时空上存在很大的差异性。PPCPs排放具有一定的季节性特点,某些种类的PPCPs排放随季节的变化较大。比如污水中的布洛芬和扑热息痛的浓度在寒冷季节显著高于炎热季节,这主要是因为人们在寒冷季节更频繁地使用镇痛药和消炎药。而三氯生则在炎热季节表现出更高的浓度,它被广泛应用于日化品中,炎热季节是使用的高峰期[4]。此外,农村污水中的PPCPs组成和残留浓度很大程度上与土地的利用模式有关,农村居民的生活区污水和养殖区污水的PPCPs成分存在很大差异,比如在畜牧渔业发达的地区,磺胺类抗生素的集中度相对较高[16]。韩国农村也存在类似的现象,污水的渗漏会对地下水产生影响,非农业区地下水的PPCPs质量浓度为0.085～5.740 ng/L,而农业区则为0～49.3 ng/L,所检测出的污染物主要有呋喃丹、磺胺噻唑、磺胺甲恶唑和奥吩达唑等[17]。

1.3 PPCPs对环境和人体健康的影响

农村污水中的PPCPs对生态环境产生了深远影响。PPCPs成分会随污水进入到水环境中,并对水生动植物的生态平衡产生显著影响。据报道,在洞庭湖的软体动物样本中检测到了酮洛芬和布洛芬成分,质量分数分别达到了42.5～1 206.6 ng/g和44.9～992.7 ng/g,软体动物的性腺表现出对PPCPs明显的累积效应[18]。此外,研究[19]表明,类固醇类激素进入到水环境中时,也会对水生动物的发育、繁殖以及寿命产生影响。借助污水的流动性,PPCPs可以迁移到土壤中从而形成污染。据报道,养殖场的动物粪便以及靠近养殖场的农业土壤中检测到的氯霉素、磺胺类抗生素、四环素类抗生素质量分数分别达到3.27～17.85、5.85～33.37、4.54～24.66 mg/kg,这是含有粪便的冲洗废水泄漏到土壤中所导致的[20]。对于抗生素而言,即使是很少的残留,在较长时间积累下也会产生严重的危害。比如诱导抗性基因、促进病原菌的生长、在动植物体内蓄积并通过食物链传导到人体等[21]。含有PPCPs的污水使得农村地区的水体和土壤都受到了污染,这些污染成分会进入到饮用水、农业作物、动物产品中,并最终通过食物链被居民消费,从而对人体健康产生风险。比如三氯生等对女性妊娠具有负面影响,研究[22]表明,自然流产的妇女妊娠中期尿液三氯生浓度是正常妊娠的11.3倍,这表明三氯生可能是导致流产的危险性因素。

2 污水中的PPCPs研究现状计量分析

研究采用CiteSpace软件(版本:6.1.R2)对相关文献进行科学计量分析。CiteSpace是一种在Java语言环境下运行的文献计量建模可视化软件。它可以对文献数据库进行分析并挖掘其中的共同点,并揭示研究的重点和发展趋势。该软件采用定量描述的方法对现有的研究进行检测,避免了文献审查中的主观偏见[23]。目前该软件在环境科学、医学研究、商业分析等领域都获得了广泛的应用[24-26]。

研究使用Web of Science核心数据集的SCI-EXPANDED和CPCI-S数据库作为英文文献分析的数据库,使用中国学术期刊出版总库(CNKI)作为中文文献分析的数据库。英文文献的检索策略如下:检索式为TS=PPCPs and (TS=Sewage or TS=Wastewater),这表明将从题目、摘要和关键词中提取相应的主题词。检索的时间设定为2000年1月1日—2021年12月31日,一共获得1 092篇文献。将选定的文献类型设定为Article/Review/Meeting,排除会议摘要、书籍章节和撤回的出版物,并剔除重复文献。语言选择为英语,最终获得了1 063篇文献,将文献数据导入到CiteSpace软件进行分析。中文文献的检索策略如下:采用专业检索方式,检索式为SU=‘PPCPs’*(‘污水’+‘废水’),检索时间设定为2000年1月1日—2021年12月31日,检索语言设定为中文,排除报纸等不相关文献,并剔除重复文献,最终获得390篇文献,文献导出格式为“Refworks”,将文献数据导入到CiteSpace软件进行分析。

2.1 国家与机构的合作分析

国家合作网络分析有助于识别出不同国家对研究的关注度以及国家之间的合作情况。图1展示了发文量前15位的国家之间的合作情况。大部分的国家主要分布在欧洲(比如西班牙、德国、瑞士等)、亚洲(比如中国、印度、日本等)以及北美(比如美国、加拿大)。这些国家每年的污水PPCPs排放量较高,对环境形成了显著的威胁,同时在相关政策以及环境标准方面,对生态系统的质量改善提出了较高要求,因此,催生了大量的研究投入[5,27-28]。我国在2000年—2021年发表了322篇相关文献,在这一领域的研究最为深入,主要的方向包括PPCPs的监测和赋存调研、生态毒理学评估以及污染去除控制技术等[18,29-30]。良好的中心性表明了研究国家在该领域的领导地位,研究中心度前3位的国家分别是中国(0.34)、西班牙(0.34)和美国(0.26),分别是亚洲、欧洲以及北美研究的典型代表。

注:每个节点代表不同的国家,节点的大小与发文量的多少正相关,节点的连线表示国家之间存在合作,紫色的圆环代表该节点具有良好的中心性,下同。

机构的合作网络分析有助于识别在该领域具有重要地位以及取得领先优势的研究机构。图2给出了2000年—2021年发文量前15位的机构合作情况。国外的研究机构主要有昆士兰大学、加利福尼亚大学河滨分校、圣地亚哥德孔波斯特拉大学等;国内具有领先地位的机构分别是清华大学和中国科学院。清华大学在农村流域PPCPs的监测方面做了相当多工作。Jiang等[31]对位于我国长江流域农业区的太滆河PPCPs赋存情况进行了调研,一共识别出55种PPCPs,质量浓度达到了647 ng/L,表明该流域受到了严重的污染。其中,磺胺氯哒嗪的浓度占到了抗生素总量的40.37%,这表明该地区受到畜牧业污染十分严重。此外,PPCPs浓度也表现出了季节性的变化,磺胺类药的浓度在雨季分别是正常季节的8倍和旱季的11倍[31]。此外,清华大学的研究[32]表明,PPCPs对农村地区形成了严重的污染,在某些地区使得农村饮用水中PPCPs的总浓度明显高于城市。中国科学院也对我国流域内湖泊与河流的PPCPs赋存情况进行了调研,也关注了PPCPs对于水生动物的毒理作用[29,33]。

图2 2000年—2021年发文量前15位的机构合作网络

2.2 关键词聚类分析

对关键词进行聚类分析有助于揭示研究的热点,图3提供了英文数据库和中文数据库关键词聚类的相关信息。在图3(a)中,从聚类#7 phacs可以看出,在污水PPCPs的研究中,相比于个人护理品(personal care products,PCPs),药用活性化合物(pharmaceutically active compounds,PhACs)更加受到研究者的关注,这主要是因为后者对生态环境和人类健康的影响更大。而PPCPs对生态环境和人类健康的风险评估也是目前研究的热点,研究包括PPCPs对环境中动植物的生长毒理学分析以及对人体器官组织、免疫代谢、生殖发育影响的机制探究,这反映在聚类#1 risk assessment和#4 wastewater-based epidemiology中。此外,聚类分析也给出了处理污水中PPCPs的3种典型技术,分别是吸附(聚类#0 adsorption)、人工湿地(聚类#2 plant uptake、#3 constructed wetlands和#6 land application)和膜生物反应器(MBR)(聚类#5 membrane bioreactor)。

注:不同的颜色模块代表不同的聚类。

图3(b)显示了中文数据库的关键词聚类网络,PhACs在国内同样引起了研究者的关注,其中以卡马西平(聚类#1)和萘普生(聚类#6)为主要代表,这两者都是在国内广泛使用的药物。国内对于PPCPs的赋存和迁徙研究多集中在城市污水中(聚类#4城市污水),部分研究侧重于活性污泥对PPCPs去除效果及降解机制的研究(聚类#7活性污泥)。在PPCPs的去除技术方面,主要有人工湿地(聚类#2)和吸附(以聚类#8活性炭为代表),这与图3(a)的分析结果相似。此外,对于使用光来实现PPCPs的去除(聚类#0光催化、聚类#3光降解)和高级氧化技术(聚类#5)也具有一定的热度。但是这两种方法操作复杂、运行成本较高,比较适用于制药废水等小流量和高浓度废水的处理。考虑到农村地区生活污水PPCPs的浓度分布、经济发展水平以及管理运维能力,吸附、人工湿地以及MBR等技术均具有一定的应用潜力,在第3小节将介绍这几种技术对污水中PPCPs去除的机制,并探讨这几种技术在我国农村地区的适用性。

3 农村地区污水PPCPs处理方法

随着我国乡村振兴战略的实施,对于农村地区基础设施建设的政策和财政支持力度逐年加大,一批用于农村的污水处理设施被建设出来。然而现有的处理工艺主要针对的目标污染物是污水中的营养元素以及致病菌群,对于PPCPs的处理能力相当有限。使得大量的残留PPCPs随出水进入到地表水和地下水环境中,从而影响了对水资源的循环利用。此外,现有的处理设施也缺乏稳定的维护管理和技术支持,进一步降低了对污水中PPCPs的处理效率[14]。因此,应该结合农村地区自然地理和经济发展现状,因地制宜地选择适宜的PPCPs去除技术,对农村污水处理设施进行改造和新建。本节除了对典型PPCPs去除技术进行介绍外,也提出了使用微藻作为处理技术的解决思路。

3.1 吸附

吸附方法因其操作灵活、效率高而受到了广泛的关注。吸附所使用的材料来源十分广泛,包括天然沸石、含碳材料以及改性的生物材料等,这为大规模的吸附剂制备提供了充足的原料[34]。含碳材料在PPCPs的去除中扮演了重要角色,它们拥有巨大的比表面积、发达的孔隙结构以及丰富的官能团,这使得含碳材料具备了对污染物的强大吸附能力。石墨烯是典型的含碳材料,对PPCPs的吸附具有极佳的效果,其表面高度疏水,并且具有很大的比表面积。Rostamian等[35]研究了石墨烯纳米片和氧化石墨烯纳米片对磺胺甲恶唑的吸附性能,结果发现两者都具有很好的效果,氧化石墨烯在吸附容量和吸附速度方面的性能更为优异。此外,石墨烯也可以与其他工艺相结合,例如氧化石墨烯与纳滤膜的结合可以用于高效去除三氯生[36]。然而石墨烯材料的制备成本仍然相对较高,这使得技术的推广具有一定限制。考虑到农村作物废弃物较多的特点,通过农业废弃物热转换来获得具有吸附能力的生物炭是一个具有前景的选择。影响生物炭特性的主要因素有原材料类型、热解温度、加热速率和停留时间等[37]。这些因素的变化会对生物炭的结构和官能团产生影响,从而使得生物炭对不同的PPCPs展现出差异化的吸附能力。因此,在设计吸附剂的制备反应参数时,除了需要考虑吸附容量,也需要结合所去除的目标PPCPs结构来进行综合判断[38]。

吸附方法不需要增加额外的处理设备,对土地需求低,处理效果佳,所产生的副产物少,可快速实现PPCPs的去除,但是吸附剂的后续处理成本较高。因此,吸附方法比较适用于经济发展条件较好、建设土地供给有限、对于出水的PPCPs浓度控制有较高需求的农村地区,也可以用于农村地区现有污水处理装置的改建。在现有工艺可以满足污水中营养元素和致病菌群的去除前提下,可以使用吸附方法作为系统尾水的深度处理工艺。而对于污水处理设施不完善的地区,针对农村生活污水分散的特点,可以开发基于高效吸附剂的分散式一体化小型污水处理装置。此外,对于污水中PPCPs浓度具有强烈波动冲击的地区,也可以使用吸附方法作为应急处理工艺。

3.2 人工湿地

人工湿地的生物多样性丰富、建设成本低、运营能耗低、维护简单、污泥产生量少,这使得人工湿地在农村地区的应用具有一定的优势。Liu等[39]使用人工湿地对养猪场的PPCPs进行去除,结果表明磺胺二甲嘧啶和四环素的去除效率分别为11%～95%和85%～95%。此外,采用人工湿地对生活污水进行处理,污水中环丙沙星、诺氟沙星、氧氟沙星的去除率分别可以达到37%～80%、63%～75%、96%～98%[40]。人工湿地的主要去除机制包括植物的同化作用、微生物的降解作用、光降解作用以及沉积物的吸附作用[41]。人工湿地的水生植物对环境的适应性强、生长速度快,除了直接对PPCPs进行同化,植物的根部还可以提供活性位点对PPCPs进行吸附,此外,还能为土壤微生物提供氧气和碳源,强化其作用[42]。微生物的降解作用来自填料所形成的生物膜,膜上的微生物可以对PPCPs进行吸附,并通过所产生的酶对PPCPs进行分解。在生物降解过程中,好氧作用比厌氧作用可能更有效[43]。此外,部分PPCPs含有苯环或者其他可以吸收太阳辐射的官能团,这意味着可以参与光解作用。光解作用的效果与太阳辐射的强度和温度有关[44]。

人工湿地比较适合建设土地面积充裕、对于资金投入和维护要求不高的农村地区,但是对于建设地区的气候条件有一定的要求,冬季的低温条件不能对湿地植物和微生物的生长产生负面影响,否则将降低系统的处理效率。为了实现PPCPs的有效去除,人工湿地植物的筛选以及填料选配需要经过审慎地考虑。在运行人工湿地的过程中,需要注重水氧的合理分配来优化微生物、湿地植物和填料之间的协同作用。此外,在面临较高浓度的PPCPs冲击负荷时,人工湿地需要增加水力停留时间以适当提高体系的缓冲能力。

3.3 MBR

对于某些PPCPs,MBR的处理效果要优于传统的活性污泥法。据报道[45],使用MBR对大环内酯类和磺胺类抗生素进行去除,其效率要比传统的活性污泥法高15%～42%。PPCPs在MBR工艺中的去除机制主要包括生物降解、污泥吸附、光降解以及挥发[46]。MBR中混合液悬浮固体浓度(MLSS)较高,微生物的降解潜力较大,可以抗击水质波动。有机物的相对缺乏,使得微生物获得降解PPCPs的驱动力。较长的污泥停留时间也促使了一些生长速度较慢的自养生物产生,比如氨氧化细菌,它们可以分泌一些酶对PPCPs进行降解[47]。此外,由于体系中的污泥絮体尺寸较小,较大的比表面积可以实现对PPCPs较好的吸附效果[48]。生物降解和污泥吸附是MBR工艺主要的去除机制,而光降解以及挥发在MBR工艺中所占据的比例相对较低。

MBR工艺出水水质良好,在农村污水排放标准不断完善和提高的背景下,对于新建的农村污水处理系统而言是较好的选择,可以实现营养元素和PPCPs的同步去除。此外,MBR工艺占地面积小,对于建设用地紧张的地区而言,MBR也是较为合适的选择。由于体系中较高的微生物量,MBR对于污水中PPCPs的浓度变化冲击也具有一定的承受能力,具有较好的运行稳定性。然而MBR在运行过程中膜的使用寿命会带来较高的运行费用,因此,该技术比较适合经济发展水平较高的农村地区。

3.4 微藻处理方法

传统技术虽然能够实现PPCPs的去除,但是处理过程仍然需要物料和能源的投入,同时也有污泥等废物的产出,此外,污水中的营养元素也得不到回收利用。在“碳中和”的大背景下,污水处理工艺逐渐向减污降碳协同和近零排放的方向发展,而微藻处理技术将是实现这一要求的理想手段。微藻可以利用污水中的营养组分进行自身的新陈代谢以及生长增殖,同时实现PPCPs的协同去除以及生物固碳。收获的微藻经过加工转化还能提供生物能源、生物肥料以及高价值的经济产品[49]。如图4所示,PPCPs在微藻培养体系中的去除机制主要包括生物吸附、生物降解、生物累积、光降解、水解和挥发,其中生物吸附、生物降解和生物累积所发挥的作用最为显著。PPCPs可以作为微藻有机碳的来源,从而参与到微藻的生物转化过程实现生物降解。微藻可以从培养体系中对PPCPs进行摄取,在胞内实现PPCPs的累积。微藻细胞具有疏水性,因此,非极性和脂溶性的PPCPs具有更大的去除潜力[50]。微藻细胞壁和PPCPs化合物之间的静电作用可以产生生物吸附。此外,微藻细胞壁上还存在大量胞外聚合物,其组成主要包括多糖、脂质和蛋白质,可以为PPCPs的吸附提供作用位点[51]。

图4 微藻去除PPCPs的机制

在实际的处理过程中,光生物反应器是微藻实现污水处理的重要载体,主要包括开放式光生物反应器、封闭式光生物反应器以及膜式光生物反应器[49]。如何高效运行光生物反应器是技术推广的重要限制因素,这很大程度上与微藻的培养效果有关。微藻的培养效果受到多重因素的影响,主要包括光照条件、CO2浓度、pH和温度等。光合自养是微藻培养的重要营养形式,因此,光照条件占据了重要地位。光照条件通常包括光照强度、光波长和光周期。在合适的范围内,增加光照强度能够提高微藻的培养浓度,提升其对污水中营养元素的摄取能力,然而过高的光照强度会使微藻表现出光抑制,从而降低了微藻的培养活性。不同光波长下培养的微藻会表现出生长速率和细胞组分的差异性,一般来说,可见光波段中的蓝光和红光对于微藻的培养具有较好的效果。此外,不同的光周期也会引起微藻显著的生理变化[52]。微藻可以利用空气中的CO2(0.04%)进行生长,甚至可以耐受更高体积分数的CO2(1%～15%),这意味着微藻在实现对污水中PPCPs和营养元素去除的同时,可以进行大量的碳固定,这与其他的处理技术相比具有相当大的碳减排优势[53]。pH可以决定污水中CO2和营养元素的溶解度,对于微藻的代谢也具有重大的影响。在Chlorellasorokiniana的培养中,pH值为6的条件可以实现最佳的生长效果以及脂质积累[54]。温度是培养过程中需要控制的重要因素,最适宜的温度通常与微藻的品种有关,过高的温度会降低CO2的溶解性,从而干扰微藻的碳固定过程,而过低的温度也会降低酶活性从而影响光合速率。微藻本身的光合速率高、对土地的需求低、受季节影响较小、技术设备的操作和维护较简单,是农村污水PPCPs去除的理想方案。据报道[55],微藻已经被用来去除多种抗生素、镇痛药以及抗高血压的药物。以光生物反应器为核心的微藻处理设备可以独立对含有PPCPs的农村污水进行处理。而与其他技术的联用则会带来更大的效果提升,其他技术所引入的降解菌可以与微藻形成互利共生关系,通过增加生物多样性,提高其对外界环境的抵抗力[43]。此外,微藻可以有效回收农村污水中氮、磷成分,收获的微藻可以作为生物肥料施用于农田,从而降低农业生产的成本。因此,相比于吸附、人工湿地以及MBR等技术,微藻处理技术在能源消耗、固碳减排以及资源回收等方面具有优势,可以成为农村污水PPCPs处理的潜在候选技术。

4 展望和结论

农村污水的PPCPs来源复杂,不同地区的组成以及浓度差异变化极大。吸附、人工湿地以及MBR等技术可以用于农村污水PPCPs的处理,但是需要综合考虑使用地区的自然条件、经济发展水平以及现有设施运行情况。微藻是未来极具前景的绿色处理技术,可以实现污水中营养元素与PPCPs的协同去除,同时还能固定大量的CO2,所获得的微藻也可以转化为生物肥料等高价值的产品,具有非常诱人的应用前景。未来农村污水PPCPs的处理需要明确几点:(1)要进一步对不同地区PPCPs的赋存现状进行分析,明确其污染程度及分布情况;(2)农村地区PPCPs的处理技术应用除了进行新的设施建设,也需要考虑与已有设施改建相结合,以提高适用度;(3)在碳中和背景下,农村污水PPCPs处理技术的开发需要更多地考虑资源回收、能耗削减,技术的推广需要进行低碳经济技术评价;(4)建立健全农村居民药物知识宣传教育体系,减少抗生素滥用,对过期的药品需要进行统一的收集处理。